Home ~ Aquaponics ~ Chương 2. Hiểu về aquaponics

Chương 2. Hiểu về aquaponics

Chúng ta đã tìm hiểu thế nào là aquaponics trong chương 1, trong khuôn khổ bài viết này chúng ta sẽ thảo luận về các quá trình sinh học xảy ra trong hệ thống aquaponics. Đầu tiên là chu trình nitrogen, tiếp đó là vai trò của vi khuẩn cuối cùng là tầm quan trọng của việc duy trì trạng thái cân bằng trong hệ sinh thái aquaponics bao gồm cá, thực vật và vi khuẩn..

2.1 Các thành phần sinh học quan trọng của aquaponics

Như chúng ta đã biết trong Chương 1. Giới thiệu về aquaponics , aquaponics là một hình thức canh tác nông nghiệp kết hợp hai kỹ thuật chính đó là nuôi trồng thuỷ sản và thủy canh trong một hệ thống tái tuần hoàn nước. Trong vòng tuần hoàn liên tục dòng nước cùng chất thải của cá được đưa ra khỏi bể, đi qua bộ lọc cơ học nơi đây chất thải rắn được giữu lại và sau đó nước tiếp tục đi qua bộ lọc vi sinh, nơi amoniac bị oxy hóa nitrit rồi thành nitrat – nitrat được cây trồng hấp thụ lại. Cuối cùng, nước sạch hơn chảy hồi lưu vào bể cá.

Bộ lọc vi sinh trong aquaponics cung cấp môi trường sống cho vi khuẩn để biến đổi chất thải của cá  và thức ăn thừa (chứa amoniac) thành dinh dưỡng cho cây trồng (nitrat). Do đó, tất cả các sinh vật sống cộng sinh với nhau cùng trao đổi chất cùng làm việc để tạo ra một môi trường hỗ trợ lẫn nhau tạo nên một hệ thống cân bằng.

sinh-vat-trong-aquaponics-ca-cay-vikhuan
Các sinh vật trong Aquaponics : Cá, thực vật, vi khuẩn

2.1.1 Chu trình nitơ ( Nitrogen)

Chu trình nitrogen hay còn gọi là chu trình nitơ là một quá trình mà nitơ biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất của nó. Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học.Trong aquaponics chu trình nitơ tiến hành chủ yếu nhờ quá trính sinh học mà trong đó quá trình nitrat hóa là quan trọng nhất. NO3

chu-trinh-nito

Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích khí quyển nhưng hầu hất thực vật không thể sử dụng trực tiếp .Cụ thể thực vật và cây trồng hấp thu Nitơ ở 2 dạng NO3 và NH4+

Các bước của chu trình Nitơ bao gồm cố định đạm, sự amon hóa, nitrat hóa và phản nitrat hóa.

Trong hệ aquaponic, chu trình nitơ là quá trình biến đổi amoniac NH3 có trong phân cá và thức ăn thừa (cây trồng không thể hấp thụ được) thành Nitrat NO3 (cây trồng có thể hấp thụ được), quá trình này cần sự tham gia của vi khuẩn.

bieu-do--tien-trinh-nito-trong-tu-nhien
Tiến trình nitơ trong tự nhiên
Amoniac (NH3) có trong chất thải động vật hoặc từ các chất hữu cơ phân rã (chẳng hạn như thực vật hoặc động vật chết) được phân rã bởi nấm và các nhóm vi khuẩn khác nhau. Sau đó được chuyển hóa bởi vi khuẩn nitrit hóa, những vi khuẩn này chuyển amoniac thành các hợp chất nitrit (NO2) và cuối cùng vi khuẩn nitrat hóa chuyển nitrit thành nitrat (NO3)
bieu-do-dong-nito-trong-dat
Sơ đồ dòng nitơ trong đất
Quá trình nitrat hoá xảy ra trong aquaponics cũng tương tự như ở trong đất. Với mô hình aquaponics nguồn cung cấp amoniac chính là phân cá và thức ăn thừa. Các vi khuẩn nitrit và nitrat hóa hoạt động mạnh trong các thùng visinh chuyển đổi amoniac thành nitrat cho cây dễ hấp thu.
chu-trinh-nito-trong-aquaponics
Chu trình Nitơ trong hệ thống Aquaponics

2.2 Lọc vi sinh

Quá trình nitrat hóa là quá trình rất quan trọng trong hệ thống aquaponic. Hai nhóm vi khuẩn chủ yếu tham gia quá trình nitrat hóa là:
  1. Nhóm vi khuẩn AOB (Vi khuẩn oxy hóa amoniac) chuyển amoniac (NH3) thành nitrit (NO2)
  2. Nhóm vi khuẩn NOB (Vi khuẩn oxy hoá nitrit) chuyển nitrit (NO2) thành nitrat (NO3)
2 loại vi khuẩn này thường là Nitrosomonas (oxy hóa amoniac) và Nitrobacter (oxy hoá nitrit)
qua-trinh-nitrat-hoa-trong-aquaponics
Quá trình nitrat hóa trong Aquaponics
Tổng kết lại, hệ sinh thái trong aquaponic phụ thuộc hoàn toàn vào vi khuẩn. Nếu không có vi khuẩn hoặc vi khuẩn không hoạt động đúng công suất nồng độ amoniac, nitrit sẽ giét chết cá. Vậy nên điều quan trọng trong aquaponics là nuôi vi khuẩn tạo điều kiện tốt nhất cho vi khuẩn phát triển mạnh để hạ nồng độ amoniac, nitrat tiệm cận 0.

2.3 Duy trì một tập đoàn vi khuẩn khỏe mạnh (Bacterial Colony)

Yếu tố chính ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn trong bộ lọc vi sinh là diện tích bề mặt và chất lượng nước

2.3.1 Diện tích bề mặt

Vi khuẩn có thể phát triển mạnh trên rễ cây, bên trong bể cá, kể cả trong các ống dẫn nước… Tổng diện tích vi sinh trú ngụ này sẽ xác định được lượng amoniac mà hệ thống có thể chuyển hóa. Hệ thống có mật độ thả cá cao đòi hỏi phải có bộ lọc vi sinh riêng nơi chứa các vật liệu có diện tích bề mặt lớn cho visinh trú ngụ như hạt lọc kaldness, bio chip …

2.3.2 Độ pH

pH thể hiện tính axit hay bazơ của nước. Độ pH tác động mạnh đến hoạt tính sinh học của vi khuẩn nitrit nitrat hoá, khả năng chuyển đổi amoniac và nitrit. Dải pH cho vi khuẩn phát triển là từ 6 – 8.5. Đặc biệt với 2 loại vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter mức pH tốt nhất là trên 7.2.

Nitrifying bacteria pH tối ưu
Nitrosomonas spp. 7.2-7.8
Nitrobacter spp. 7.2-8.2

Tuy nhiên trong aquaponics, khoảng pH thích hợp là từ 6 – 7, vì phạm vi này tốt cho cả thực vật và cá. Hơn nữa, lượng vi khuẩn có thể được bù đắp bằng cách tăng kích cỡ bộ lọc vi sinh.

2.3.3 Nhiệt độ nước

Nhiệt độ nước là 1 trong những yếu tố quan trọng cho vi khuẩn nói chung và aquaponics nói riêng. Nhiệt độ  tiêu chuẩn cho vi khuẩn là 17-34°C. Nếu nhiệt độ nước giảm xuống dưới 17°C, năng suất hoạt động của vi khuẩn sẽ giảm. Dưới 10°C, năng suất có thể giảm 50% hoặc nhiều hơn, trường hợp xấu nhất vi khuẩn sẽ chết hết.

2.3.4 Oxy hòa tan

Quá trình nitrat hóa luôn cần lượng oxy hòa tan (DO) trong nước cao để đạt năng suất tốt nhất. Nitrat hóa là một phản ứng oxy hoá. Không có oxy, phản ứng dừng lại. Mức tối ưu của DO là 4-8 mg / lít.

Trong trường hợp ko có oxy vi khuẩn kỵ khí có thể phát triển khử nitrat thành nito giảm dinh dưỡng cho cây trồng.

2.3.5 Tia cực tím

Vi khuẩn nitrit, nitrat hóa là các vi sinh vật nhạy cảm với ánh sáng nhất là tia cực tím (UV) từ mặt trời. Đặc biệt là trong quá trình hình thành tập đoàn vi khuẩn đầu tiên khi hệ thống aquponics mới đi vào hoạt động. Tuy nhiên một khi vi khuẩn đã phát triển tốt (từ 3-5 ngày) thì tia cực tím không còn gây ra vấn đề lớn.

Bộ lọc visinh và hạt lọc
Bộ lọc visinh và hạt lọc
Bảng 2.1 Bảng thông số nước lý tưởng cho quá trình nitrat hóa

Nhiệt độ

(°C)

pH Amoniac

(mg/litre)

Nitrit

(mg/litre)

Nitratt

(mg/litre)

DO

(mg/litre)

Phạm vi 17-34 6-8.5 < 3 < 3 < 400 4-8

2.4 Cân bằng hệ sinh thái aquaponic

Thuật ngữ cân bằng được sử dụng để mô tả tất cả các biện pháp mà một nông dân aquaponic thực hiện để đảm bảo hệ sinh thái bao gồm cá, thực vật và vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động.

Không hề nói quá khi cho rằng một hệ aquaponics thành công chủ yếu ở việc việc duy trì một hệ sinh thái cân bằng. Nói một cách đơn giản có nghĩa là tạo ra được sự cân bằng giữa lượng cá, lượng thực vật và kích thước của bộ lọc sinh học.

Đã có các thực nghiệm để xác định tỷ lệ giữa kích thước bộ lọc sinh học, mật độ trồng và mật độ thả cá cho aquaponics. Việc vượt quá quá các tỷ lệ tối ưu này không được khuyến khích vì thường gây ra hậu quả nghiêm trọng cho cả hệ aquaponic.

Phần này cung cấp một giới thiệu ngắn gọn, nhưng cần thiết, để cân bằng một hệ thống. Kích thước bộ lọc sinh học và mật độ thả cá sẽ được giới thiệu sâu hơn trong Chương 8.

2.4.1 Cân bằng Nitrat

  • Sự cân của hệ thống aquaponic có thể được so sánh với một cái bập bênh – nơi cá và thực vật nằm ở 2 bên, và tay đòn được làm bằng vi khuẩn nitrat hóa. Nếu tay đòn này không đủ mạnh thì sẽ bị gãy, nghĩa là lọc vi sinh không đủ (Hình 2.10)
  • Trường hợp kích thước bộ lọc vi sinh cân bằng với lượng chất thải cá, lượng amoniac được xử lý hiệu quả. Tuy nhiên mật độ cây trồng nhỏ hơn thì hệ thống sẽ bắt đầu dư nitrat. Về mặt lý thuyết, nồng độ các chất dinh dưỡng cao hơn không gây hại cho cá và cây trồng, nhưng đó là dấu hiệu cho thấy hệ thống này hoạt động kém hiệu quả (Hình 2.11)
  • Sai lầm hay gặp nhất là có quá nhiều cây trồng trong khi số lượng cá không đáp ứng được . Trong trường hợp này lượng nitrat và các chất dinh dưỡng khác là không đủ để đáp ứng nhu cầu của thực vật. Dẫn đến sự thiếu hụt dinh dưỡng (Hình 2.12)
  • Từ những ví dụ trên chúng ta thấy muốn hệ thống aquaponics hoạt động ổn định thì phải duy trì sự cân bằng giữa chất thải của cá và nhu cầu dinh dưỡng của cây, đồng thời đảm bảo đủ điều kiện cho vi khuẩn phát triển mạnh để chuyển đổi hết chất thải của cá.

Can-bang-aquaponics1

2.4.2 Tỷ lệ thức ăn

Có nhiều yếu tố được xem xét để tạo ra sự cân bằng một hệ thống aquaponics, nhưng các nghiên cứu và thực nghiệm đã đơn giản hóa vấn đề này. Tỷ lệ thức ăn cho vào hệ phụ thuộc vào ba thành phần quan trọng nhất đó là : lượng thức ăn cho cá hàng ngày, loại rau (rau ăn lá hoặc rau lấy quả) được trồng và diện tích trồng theo mét vuông.

Tỷ lệ thức ăn phụ thuộc vào các yếu tố.

  • Công suất hoạt động của hệ thống
  • Sử dụng mô hình sản xuất nào
  • Loại cá nuôi (ăn thịt hay ăn tạp, mức độ hoạt động của chúng).
  • Loại thức ăn cho cá (hàm lượng protein).
  • Loại cây trồng (rau ăn lá, lấy củ hay quả).
  • Hình thức trồng (một hoặc nhiều loại đan xen).
  • Điều kiện môi trường và chất lượng nước.
  • Phương pháp lọc

Lượng thức ăn cho cá được gợi ý:

Rau ăn lá: 40-50 gram/m2/ngày
Rau lấy quả: 50-80 gram/m2/ngày

Tối ưu nhất là tính lượng thức ăn cho cá dựa trên diện tích trồng rau sau đó tính lượng cá dựa trên khối lượng thức ăn đã có. Phương pháp tính lượng thức ăn cho cá này sẽ đề cập ở chương sau.

Tỷ lệ thức ăn cung cấp chỉ là một gợi ý, vì có nhiều yếu tố có thể tác động đến việc ăn của cá như nhiệt độ nước, thời tiết, mùa …

2.4.3 Kiểm tra sức khỏe cho cá và rau.

Cá và cây trồng không phát triển đồng đều và khỏe mạnh thường do hệ thống không cân bằng.

Các triệu chứng kém phát triển của thực vật thường biểu hiện như tăng trưởng kém, lá vàng, rễ phát triển kém … xảy ra do thiếu hụt dinh dưỡng mà nguyên nhất chính là không đủ cá. Việc này có thể giải quyết bằng cách tăng mật độ thả cá, tăng thức ăn cho cá, tăng mức độ lọc vi sinh, hoặc đơn giản hơn là bớt lượng rau đi.

Tương tự nếu cá có các dấu hiệu như mắt lờ đờ, nổi đầu, thở hổn hển, cọ xát vào xung quanh bể, hoặc nổi mẩn đỏ xung quanh vây, mắt, mang, hoặc chết, thường do tích tụ amoniac hoặc nitrit độc hại. Biện pháp có thể làm là tăng cường visinh và sục o2, thay bớt một phần nước như một biện pháp cấu cứu tạm thời.

2.4.4 Kiểm tra chỉ số Nitơ

Sử dụng các bộ dụng cụ kiểm tra đơn giản như bộ test Sera, bộ test API để kiểm tra nồng độ amoniac, nitrit. Nếu nồng độ amoniac hoặc nitrit cao hơn 1mg/lít chứng tỏ vi sinh không đủ để xử lý phân cá cần phải tăng lọc visinh.Bộ test thông số Amoniac, Nitrit, Nitrat

Bộ test thông số Amoniac, Nitrit, NitratNống độ nitrat tăng là biểu hiện của hệ hoạt động ổn đinh, nhưng nếu nồng độ nitrat cao hơn 150 mg/lít trong vài tuần, nên bổ sung thêm nước rồi lấy nước tưới cho các loại cây trồng khác ngoài hệ.

Nếu nồng độ nitrat thấp hơn 10 mg/lít  tăng thức ăn cho cá thêm một chút để đảm bảo đủ chất dinh dưỡng cho rau. Tuy nhiên, phải quan sát cá ăn, nếu cá ăn không hết trong vòng 10 phút thì cũng không nên cho dư, biện pháp giải quyết là tăng mật độ cá còn không thì giảm tải rau

Tất cả các tính toán và tỷ lệ đề cập ở trên, bao gồm mật độ thả cá, diện tích trồng và quy mô lọc vi sinh sẽ được giải thích chi tiết hơn ở các chương sau (đặc biệt trong Chương 8). Mục đích chính của chương này là thể hiện sự quan trọng của việc cân bằng hệ sinh thái trong aquaponics.

About TieuHongTran

Có thể bạn muốn xem

loc-visinh

Phụ lục 4: Tính toán lượng amoniac và lọc vi sinh cho aquaponic

Phụ lục này cung cấp giải thích chi tiết về bộ lọc vi sinh và ...

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *